《表面等离子体纳米结构若干光学性质的研究学士学位论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面等离子体纳米结构若干光学性质的研究学士学位论文.doc（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要表面等离子体的发现及应用，为实现纳米尺度的光学控制提供了有力的工具。金属纳米粒子对表面等离子体的研究至关重要，选择合适形状、尺寸以及排列结构的纳米粒子结构，可以提高表面等离子体的光场强度，更好地实现基于纳米粒子阵列的表面等离子体的聚焦和导波。本文主要研究了金膜上纳米粒子抛物链在外电场激励下的表面等离子体的聚焦和导波：（1）针对格林函数分量计算中涉及到的Sommerfeld积分，研究了快速算法实现高效的积分运算，给出了沿最陡下降路径积分的计算实例，并与国外的结果进行分析对比，证明了运用的计算方法结果正确，算法快。基于Sommerfeld积分的快速算法，分析和计算了半空间中任意方向的电偶极子
2、的辐射和散射。（2）从电磁基本理论出发，深入研究了金膜上基于纳米粒子抛物链的表面等离子体的相互作用，由并矢格林函数求解波动方程，建立分层参考系统的电磁场模型。将纳米粒子抛物链划分为一系列立方单元，并利用耦合偶极子法将该积分方程转化为矩阵方程，从而计算出空间任意点的电场。（3）应用格林函数体积积分法，研究了金膜上球形纳米粒子链在高斯光束照射下的SPPs激发、聚焦和导波。研究了入射光斑大小、入射光沿链的位置、粒子间距和粒子链的曲率半径对SPPs激发、聚焦和导波影响。结果表明，粒子间距、入射光斑大小对SPPs聚焦及其分布有很大影响。入射光斑尺寸减小，激发的SPPs光束的衍射发散的增加，SPPs聚焦效
3、果减弱。SPPs场在很大程度上也取决于粒子间距，在粒子间距小于SPPs波长时，可以实现较好的SPPs聚焦和导波效果。关键词表面等离子体；纳米粒子；格林函数法；耦合偶极子法；数值模拟AbstractSurface plasmon polaritons (SPPs) have been proved to better powerful tool for the optical manipulation on nanoscale. The nanoparticle on the metal thin film plays an important role of surface plasmon p
4、olaritons. If the metallic nanoparticles are designed with suitable shape, size and arrangement, electric field magnitude can be highly improved. Further, excitation, focusing and directing of surface plasmon polaritons with nanoparticles located on a finite metal layer could be accomplished theoret
5、ically.No matter which method is used for the calculation of scattered fields, there will be a common difficulty: the evaluation of Sommerfeld integrals, which is extremely time consuming. The integration along steepest descent paths is introduced to evaluate these Sommerfeld integrals. Numerical re
6、sults show that the fast method can greatly accelerate the computation for scattering problems. Based on the fast evaluation of Sommerfeld integrals, the radiation of an arbitrarily oriented electric dipole in a half space is first analyzed and computed.Excitation, focusing and directing of surface
7、plasmon polaritons with curved chains of nanoparticles located on a finite gold layer are investigated theoretically. The theory of Greens dyadic functions on a layered reference system is outlined and electromagnetic properties of surface plasmons are discussed. A curved chain of nanoparticles in u
8、pper half-space is divided into a number of cubic cells and the integral equation is reduced to a matrix equation using coupled dipole formalism. Then we calculate the electric fields at any point on gold surface.Numerical simulations of the configuration investigated experimentally are carried out
9、based on the Greens tensor formalism and dipole approximation. We demonstrate that, by using a relatively narrow Gaussian beam (at normal incidence) interacting only with a portion of a curved chain of nanoparticles, one can excite an SPP beam whose divergence and propagation direction are dictated
10、by the incident light spot size and its position along the chain. It is also found that the SPPs focusing regime is strongly influenced by the chain inter-particle distance. Comparison of numerical results with experimental data shows good agreement with respect to the observed features in SPPs focu
11、sing and directing, providing the guidelines for a proper choice of the system parameters.Keywordssurface plasmon polaritons (SPPs); nanoparticles; Greens dyadic function; coupled dipole formalism; numerical modeling目录毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别
12、加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期：
13、学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位
14、论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录摘要IAbstractIII第1章 绪论11.1表面等离子体的研究背景11.2表面等离子体的研究现状和应用11.3表面等离子体的研究目的与意义51.4本文研究的内容6第2章 金属结构的表面等离子体82.1表面等离子体与金属纳米材料82.2金属块状材料的光学性质82.3 表面等离子体的基本原理112.3.1 SPPs色散关系112.3.2 SPPs特征长度142.3.3 SPPs的激发方式172.4 金属纳米粒子的局域化表面等离激元192.5 本章小结21第3章 数值方法223.1 数值方法的概述223
15、.1.1矩量法223.1.2有限元法233.1.3 时域有限差分法233.1.4 格林函数法243.2并矢格林函数243.2.1 并矢的定义253.2.2 并矢格林函数的空间表示263.2.3 并矢格林函数奇异性的处理293.3格林函数分量计算313.3.1任意方向偶极子的电场计算313.3.2 Sommerfeld积分的快速计算343.3.3辐射和散射数值结果373.4本章小结39第4章 基于纳米粒子链的表面等离子体的研究404.1基于纳米粒子链的SPPs研究现状404.2计算模型404.3理论模型424.4计算结果与分析454.5本章小节51结 论53参考文献55攻读学位期间发表的学术论文59致 谢61VContentsContentsAbstract(Chinese)IAbstract(Eglish)IIIChapter1 Instroduce11.1 Background of SPPs1
